熱扎加熱爐情況及改造方案是怎么樣的？下面上海壢合博小編就給大家來講解一下吧。

現 有 工 況

① 爐型：步進式板坯加熱爐 （共8臺套，僅考察其中近期改造部分）

② 軌距：2250mm

③ 標準板坯尺寸（厚mm×寬mm×長mm）：250×1650×10000

④ 爐子尺寸（外形尺寸：長mm×寬mm）：500000×13000

⑤ 爐膛尺寸（外形尺寸：長mm×寬mm）：500000×11700

⑥ 爐墻厚度：500mm

⑦ 煙道中安裝有空氣換熱器：

⑧ 加熱爐共有預熱段（16只）、第一加熱段(10只)、第二加熱段（10只）、均熱段（30只），

⑨ 燒嘴布置：上層側燒嘴12只（雙側24）、下層側燒嘴17只（雙側34只）、均熱段頂裝平焰燒嘴（30只），合計燒嘴數量：88只。

⑩ 鼓風機銘牌：

? 燃料：混合煤氣 熱值：2000kcal/Nm3

? 混合煤氣壓力：10kPa

? 空燃比：1.0（燃氣）：2.7（煙氣）：1.9（空氣）

? 理論空氣量：85000÷1.2=70833.33 Nm3/h

? 理論燃氣量：70833.33 Nm3/h ÷1.9=44270 Nm3/h

? 平均每只燒嘴的負荷：503 Nm3/h

? 每只燒嘴負荷：100×104 kcal/h （約1000KW）

? 熱風溫度：450℃

? 煤氣預熱溫度：250℃（波動范圍：200~280）

? 煙道設有，空氣預熱器和煤氣預熱器。

現狀及要求：

目前是外置換熱器的雙預熱直燃式的燒嘴，煙道加裝了脫硫、脫硝裝置;脫硝在煙道口900°的地方噴入氨水除去Nox，將Nox降到50mg達標后排放，并在排煙道加裝熱水降溫裝置后， 進入脫硫塔，用氫氧化鈉除硫后直接排放；

煙道上安裝了2路列管式換熱器可以將熱風預熱至450度，混合煤氣預熱至250度左右，總的排煙溫度控制在350度左右；

目前主要采用三種燒嘴， 分別為Bloom的蓄熱式燒嘴、后改造的分級燃燒長焰燒嘴，以及可調焰燒嘴；

該項目運行良好，爐子的熱效率較高；但在實際的使用過程中，隨著國家政策及市場濟的發展，也發現了一些問題并提出相應的要求如下：

熱軋加熱爐目前采用通過煙道安裝兩套獨立的換熱器加熱風及燃料后用傳統的燒嘴直接燃燒，一方面換熱溫度受限，不能做到充分的節能；另一方面燃燒形成的火焰溫度高，會生大量的Nox，這樣在煙氣后期的處理過程中，脫硝的運行費用高；

集中換熱必須考濾換熱器的承載溫度，加之熱風的傳輸距離長，燒嘴本身的特性等 ，這就決定了助燃空氣換熱后最高為450度左右，即便增加了混合煤氣的另一路換熱，但是排煙道中增加了冷卻風，使得排煙量增加，能耗也增加；

進一步的要求如下：

A：降低脫硝裝置運行費用，在現有的運行狀態及設備前題下，脫硝設備能低負荷下運行甚至是暫停運行；

B：進一步降低爐子能耗，實現極限節能，減少碳排放；

方 案：

（VKR先進燃燒技術介紹)

VKR是德國先進燃燒技術的簡稱。主要采用無焰燃燒技術Flox減排,以及多級微通道換熱技術 Exchanger+節能

高溫空氣燃燒技術 （High Temperature Air Combustion-HTAC）， 亦稱無焰燃燒技術Flox或蓄熱式高溫空氣燃燒技術，是90年代以來發達國家開始普遍推廣應用的一種全新燃燒技術。它是將高溫空氣噴入爐膛，維持低氧狀態，同時將燃料輸送到氣流中產生燃燒。空氣溫度預熱到800-1000℃以上進入爐膛，并卷吸煙氣后燃燒區空氣含氧量大大低于普通的空氣含 量，氧氣含量在2%-15%之間。與傳統燃燒過程相比，高溫空氣燃燒的最大特點是節省燃料，減少二氧化碳和氮氧化物的排放，降低燃燒噪音。

高溫空氣燃燒技術正是在人們越來越重視環境與能源問題的背景下產生的。它的發展與節能技術的發展密不可分。在余熱不被利用的年代,系統的排氣損失、爐壁熱損失都很大。隨著人類思想的進步,人們越來越意識到人類的資源是有限的,應該節約能源。長久以來,人們曾投入大量人力物力,指望盡可能多的回收排出燃燒室煙氣所帶走的熱并將其用于加熱助燃空氣。這種高效節能技術的研究一步步獲得了成功。而在做到節能的同時，還能兼具環保就是我們先進燒燃技術VKR所致力發展的方向， 也在成立VKR研究的宗旨；

在實際的運用中， 蓄熱式換熱出現了諸多的問題。比如陶瓷球或是蜂窩體、換向閥的故障率高，維護工作量大。造成省錢不省心的局面；但是間壁式換熱器又不能做到將煙氣溫度換熱至很高的溫度，達不到最大節能的效果；

VKR采用不同材質的多級換熱的方式使之完美的解決，其中一級換熱采用新型的碳化硅材質，可以將1200度以上的溫度換至700°C可以將助燒風換熱至接近爐膛的溫度；二級換熱器采用耐高溫的微通道金屬列管式換熱，工作范圍內在400-800°C也正好也是三元催化器的溫度范圍，可以通過三元催化進一步的降低Nox以及H、CO的排放；三級換熱器的工作范圍在60-350°C之間，采用傳熱性高的銅鋁換熱器，進一步實現冷凝排放，可最大限度的實現節能減排；

間壁式換熱器也存在其他相關的問題， 比如：A：換熱器的壓損高，需要更高風壓的風機，要求提供高達10-20Kpa的風壓；B：煙道易堵，特別是微通道的列管式換熱器、爐膛的灰塵極易將其堵塞，造成換熱器失效甚至損壞；

解決的辦法是：采用小型化，分散式的節能、高效的高壓風機，如EBM AMTAK的風機， 一般應用于造紙行業或是冷凝鍋爐，并在排煙管道增加負壓風機抽吸。由于排煙溫度大大降低， 使之直接采用普通的風機進行抽吸具有可行性，以此來解決換熱器壓損高的問題，又不至于增加能耗；

VKR先進燃燒技術核心為：

無焰燃燒 LowFlox 降低氮氧化物排放，低于50mg。

多級換熱 ExChange+　降低排煙溫度節能

1，采用VKR無焰燃燒技術，改造目前正在使用的調焰燒嘴，在高溫加熱狀態下膛內的溫度超過850°C時，啟動無焰燃燒轉換開關（自動或是手動方式），爐膛內的火焰明顯消失，噪音明顯降低，無高溫區的形成，整個爐膛形成一個彌散式的燃燒狀態，不易產生Nox實現排放達到50mg以下的指標；

2，利用現在的調節閥門， 可調節燃氣量及風量的大小，控制爐內的氧含量，調節空燃比例為10.3-10.5:1，煙氣量可減少20%左右，因氣中的氧含量可以至2%以下，一方面減少了煙氣量實現節能，另一方面可降低板坯的燒損率；　

3，脈沖燃燒方式可大輻度的調節溫度；除對燒嘴進行改裝以外，整個系統以及控制方式及閥件均不改變，最大限度的利舊保持原來的系統；

4，需要在低溫狀態或恢復到普通模式燃燒，只需啟動一鍵式的轉換開關恢復到原來的普通模式用于烘爐或是非高溫模式的運行；最大限度的降低改造風險；

5，可實現現場熱裝方式，無需停爐即可更換燒嘴改裝元件，改裝后的燒嘴不影響現有的全功能，只是增加了在需要時可屏蔽預混燃料的功能，直接可以將燃料送入爐膛。可手動或氣動切換燃燒狀態；

如下圖示：

調焰燒嘴及改裝

多級長焰燒嘴及改裝

上圖為VKR技術改造后的燒嘴示意圖

方案：不改變現在的燒嘴結構，僅通過技術操作及增加可轉換的配件。在高溫模式工作時燃料可直接進入爐膛，形成無焰燃燒。

燃　　燒：正常加熱工作階段的燃嘴同現在的燒嘴功能及技術參數完全一樣，只相當增加一個用專燃料噴射的管，燃料管采用碳化硅材質制作，能耐1700°C以上的高溫， 可置于焰芯的中間長時間工作；由于在加熱階段空氣已經被預熱至450度；燃料已被預熱至250度，可以通過手動切換方式將預熱后的燃燒以一定的壓力、速度通入爐膛，形成卷吸及擴散，使燃燒保持低氧（2%-10%之間）接觸的狀態，形成無焰燃燒，并使整個爐膛形成一個整體的輻射熱體。整個爐膛看不到火焰，無局部高溫區，氮氧化物無法大量生成，Nox排放降低；如下圖所示B。　

烘爐預熱啟動階可以手動或氣動切換至目前燒嘴的狀態進行正常的預混燃燒方式，采用嘴前預混的方式可以有效的加長火焰，提高流速以及點火效率；有焰模式的燃燒方式，有藍色長火焰。混合煤氣通過原來的燃料通道通入；如上圖A。在有焰狀態，由于工作的時間短不考核Nox的含量；且低溫狀態可以通過過量的空氣系數比1:15-20左右來降低Nox的相對含量；

溫度及爐膛氣氛調節：采用脈沖方式（ON/OFF)調節工作時的溫度，控制風量大小調節爐膛氣氛；（由于是無焰模式工作，所以不考濾火焰的長度，避免了選擇長焰及短焰燒嘴的問題，以不用考熱風對流的問題，全部都在高溫模式下輻射加熱）

安全及控制：燒嘴燃燒安全控制在有焰及低溫模式下；按現在的操作模式不變；（參見步進梁式加熱爐儀控說明書）

爐膛溫度高于850度后，手動切換（或做成氣動方式，可實現自動切換）無焰模式燃燒狀成下燃燒安全控制器關閉，交由PLC做脈沖控制；燃料是通過新設計的管路直接通入爐膛；

燃料熱值及爐膛氣氛調節； 由于是混合煤氣，燃料熱值會有一定的波動性，在煙氣上加裝氧探頭來控制空/燃比例調節會有滯后；我們建議采用熱值分析儀，通過實時測量燃料的熱值來調節燃料的供應量，使之形成穩定的爐膛氣氛，這樣就能達更精準的空/燃比，并控制燒損率的目的；

問題及相關對策：

風險及安全評估：

目前爐子在安全的運行狀態下，本方案盡量不改變現在的設備及動行方式，只是在不影響現在的設備及運行機制上，對燒嘴頭部分進行改動；使之能實現無焰燃燒，并且能隨時切換恢復至現在的狀態；

A：無焰燃燒的形成： VKR德國先進的燒嘴技術，本方案主要就是采用無焰燃燒技術降Nox，并通過減少煙氣量有一定的節能效果；無焰燃燒的形成需要多方面的因素結合才能形成穩定的無焰燃燒；在歐洲及國內的多個現場都有成熟的使用案例；本項目爐溫均在1200°以上，且爐膛空間大，更有利于無焰燃燒的形成；

B：不改變現在的集中換熱方式，排煙等：煙道除了脫硝，后面還有脫硫裝置，而且安裝了2套熱器。且除了助燃空氣外，也增加了燃料的預熱；加之混合煤氣的價格低，已經具備了很高的熱效率；故不考濾降低煙溫的方式來節能。

Nox的排放不能完全或是全程達標：

氮氧化物的排放是近年來國家要求的重點，降低并達標Nox排放指標的方法很多種；其中無焰燃燒技術是降Nox排放最有效的低成本的方式，　但是不能做到全程都是低Nox排放，在正常的有焰模式下（啟爐階段或是爐膛溫度沒有達到８５０°之前）是無法實現低Nox排放的；

燃料熱值及壓力的不穩定：

混合燃料容易出現壓力以及熱值的不穩定，造成燃燒不好，無焰模式失效等問題；

A: 要求統一增壓，并調配好熱值提供穩定可靠的燃料來源。

b: 要求增加熱值分折儀，對混合煤氣的熱值進行測量，并計算出實時準確的熱值后參與到控制系統中，對輸入燃燒的量進行前置調節，確保爐內氣氛值的穩定.

設備選型標準及投入；

a ：設備的設入必須在未來的成本約中收回收；

b ：選用更可靠的配件來降低設備的維護費用；

c ：標準化的生產及選型降低產品采購費用；

此方案：

方案提供：上海壢合博 VKR先進燃燒技術

2023 年 07月